آندایزینگ چیست ؟ و مراحل آن

فرآیند آندایزینگ (Anodizing) یک روش مؤثر برای ایجاد لایه‌های پوششی مناسب بر روی قطعات صنعتی است که سال‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرآیند به دلیل کیفیت بالا، هزینه مناسب و تجهیزات قابل دسترسی، در صنایع مختلف به طور گسترده استفاده می شود. اکثر عناصر فلزی به طور طبیعی تمایل به اکسید شدن دارند، به این معنی که با قرارگرفتن در معرض اکسیژن، یک لایه اکسید نسبتاً پایدار بر روی سطح آن‌ها تشکیل می‌شود. این لایه اکسیدی در شرایط خاص می‌تواند فلز را در برابر خوردگی و سایر آسیب‌های سطحی محافظت کند.
با توجه به این خاصیت پوشش‌های اکسیدی، می‌توانیم این پوشش‌ها را به صورت غیرطبیعی تقویت یا تولید کنیم. این عملیات سطحی را پوشش‌های تبدیلی یا اکسیدی (Conversion Coatings) نام می‌دهیم. برای ایجاد این لایه اکسیدی روی سطح فلزات، می‌توان از دو روش زیر استفاده کرد.

1. روش شیمیایی: این روش مانند کروماته کردن شامل جذب فلز یا اکسید فلزی بر روی سطح فلز به واسطه یک واکنش شیمیایی است که باعث ایجاد یک لایه پایدار می‌شود.
2. روش الکتروشیمیایی: در این روش، از خواص الکتروشیمیایی مواد برای ایجاد پوشش استفاده می‌شود. در این حالت، لایه اکسید فلزی در یک محیط کنترل‌شده شکل می‌گیرد و به طور کامل متراکم است یا به دلیل عملیات بعدی متراکم و غیرنفوذپذیر می‌شود. یک از روش های الکتروشیمیایی، آندایزینگ است.

آندایزینگ سال‌هاست که روی فلزاتی مانند تیتانیوم، روی، تنگستن و به خصوص آلومینیوم انجام می‌شود. این فرآیند همچنین روی فلزات آهنی نیز استفاده میگردد، اما به میزان آلومینیوم رایج نیست.

اهداف آندایزینگ

اهداف آندایزینگ را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد.
1.افزایش مقاومت در برابر خوردگی
2. افزایش قدرت چسبندگی رنگ‌ها
3. ایجاد نمای ظاهری مناسب جهت دکوراسیون و تزئینات
4. عایق الکتریکی
5. کاربرد در صنایع فتوگرافی و لیتوگرافی
6. افزایش قابلیت تابش و انتشار حرارت
7. افزایش مقاومت سایشی

مراحل مختلف آندایزینگ

همانطور که گفته شد، خلوص فلز در فرایند آندایزینگ دارای اهمیت بسیاری است. همچنین، پیش از آندایز، مراحلی از جمله آنیل کردن، چربی زدایی و پولیش باید انجام شود.

آنیل کردن

در این مرحله، فشار روی سطح نمونه کاهش می‌یابد و آن را در دمای حدود ۴۰۰ درجه سلسیوس حرارت می‌دهند. این فرآیند باعث افزایش اندازه متوسط دانه می‌شود، که معمولاً در حدود ۱۰۰ میکرومتر است. همچنین، آنیل کردن قبل از آندایزینگ منجر به برطرف شدن تنش‌های مکانیکی در قطعه می‌شود.

چربی زدایی

در این مرحله، سطح نمونه با کمک حلال‌هایی مانند استون و‌ اتانول و با استفاده از امواج فراصوتی شستشو می شود. این فرآیند باعث حذف تمام چربی‌ها از روی سطح نمونه شده و از تشکیل ناخالصی‌های بین لایه‌ای جلوگیری می شود.

پولیش کردن

پولیش کردن، مرحله مهمی قبل از شروع آندایزینگ است. این فرآیند می‌تواند به صورت مکانیکی، شیمیایی یا الکتروشیمیایی انجام شود. برای مثال، برای آلومینیوم، اغلب از دستگاه‌های الکتروپولیش استفاده می‌گردد، اما برای تیتانیوم و تنگستن معمولاً این فرآیند به صورت مکانیکی انجام می‌شود.

شروع آندایزینگ

پس از این سه مرحله، قطعه آماده برای انجام فرآیند آندایز می‌باشد. در این مرحله، قطعه به حمام الکترولیتی منتقل می‌شود و با رعایت اصول آندایزینگ، لایه‌ای از اکسید روی سطح قطعه شکل می‌گیرد.

عملیات پس از آندایز

از پوشش‌های آندایزی به عنوان قالب‌هایی برای تولید نانوساختار‌ها مورد استفاده قرار میگیرد. به عنوان مثال، نانوحفره‌هایی که به وسیله آندایزاسیون آلومینیوم تشکیل می‌شوند، به عنوان قالبی برای تولید سایر نانوساختار‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

جدا‌سازی بستر فلزی

در صنعت امروز، فرایند جداسازی اکسید آلومینیوم از زیر لایه آلومینیوم باقی‌مانده اغلب از طریق روش شیمیایی انجام می شود. برای جداسازی بستر فلزی، نمونه‌ی آندایز شده در مدت زمان مشخصی در محلول کلرید مس قرار می‌گیرد تا زیر لایه آلومینیوم غیراکسیدی حل شده و جدا شود.

خواص پوشش آندایزی

فرایند آندایزینگ باعث بوجود آمدن پوششی می‌شود که فلز زیر لایه را در مقابل عوامل مخرب مانند خوردگی و سایش حفاظت می‌کند. این باعث افزایش طول عمر، دوام و عملکرد بهتر قطعه کار می گردد. همچنین، از این روش پوشش دهی برای زیباسازی و ایجاد رنگ‌های تزئینی مختلف بر روی قطعه‌ها نیز استفاده می‌شود. بسیاری از پوشش‌های آندایزی، مانند رنگ، به راحتی از سطح قابل جدا شدن نیستند. بلکه در سطح نفوذ کرده و پیوند شیمیایی مستحکمی ایجاد می‌کنند. فرایند آندایزینگ در پوشش دهی تجهیزات استفاده شده در صنایع مختلف مانند فضا، دریا، پزشکی و خودرو که در معرض خطراتی مانند خوردگی، سایش و خراش هستند، کاربرد دارد.

آلیاژ‌های آلومینیوم مناسب برای آندایز

انتخاب آلیاژ مناسب برای آلومینیوم بسیار مهم است، زیرا هر آلیاژ ویژگی‌ها و رفتار‌های منحصر به فردی دارد که به روش ساخت و عناصر سازنده آن بستگی دارد. در زیر، پرکاربردترین آلیاژ‌های آلومینیوم را معرفی می‌کنم.

۱. آلیاژ ۱۰۵۰ آلومینیوم:

این آلومینیوم خالص شناخته می‌شود و آنودایز آن با کیفیت بالایی انجام می گردد.

۲. آلیاژ ۲۰۲۴ آلومینیوم:

این آلیاژ به دلیل حضور مس، دارای استحکام و قابلیت ماشین‌کاری خوبی است. با این حال، به دلیل حضور مس، آنودایز این آلومینیوم کمی دشوار است و رنگ قطعه پس از آنودایز از نقره‌ای به زیتونی تغییر می‌کند.

۳. آلیاژ ۳۱۰۵ آلومینیوم:

این آلیاژ شامل مقدار کمی منگنز است که برای ایجاد خاصیت ضد خوردگی در آلومینیوم کافی می باشد. حضور منگنز باعث تغییر رنگ قطعه پس از آنودایز به قهوه‌ای می‌شود که ممکن است نقطه ضعفی به حساب آید.

۴. آلیاژ‌های سری ۵۰۰۰ آلومینیوم:

این آلیاژ‌ها شامل منیزیم هستند که خاصیت ضد خوردگی و رنگ نقره‌ای یا رنگی را به آلومینیوم می‌بخشند. آلیاژ‌های این سری قابلیت آنودایز سخت را دارند و در محیط‌های مرطوب و خورنده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۵. آلیاژ ۶۰۶۳ آلومینیوم:

این آلیاژ شامل سیلیسیم و منیزیم و حاوی مقدار کمی آهن است که باعث رنگ مات شدن قطعه پس از انجام آنودایز می‌شود.

۶. آلیاژ ۷۰۷۵ آلومینیوم:

این آلیاژ دارای استحکام وسختی بالا است و خاصیت ساختاری خوبی دارد. بنابراین، برای برنامه‌هایی که نیاز به استحکام بالا و سبکی هستند، مانند هواپیما‌ها، خودرو‌ها و بدنه‌های فضایی مناسب است.

۷. آلیاژ ۵۰۸۳ آلومینیوم:

این آلیاژ دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی در محیط‌های دریایی است و برای ساخت قایق‌ها، سفینه‌ها و سازه‌هایی که با مواد خورنده در تماس هستند، مناسب است.

۸. آلیاژ ۶۰۶۱ آلومینیوم:

این آلیاژ دارای استحکام خوب، قابلیت جوشکاری و قابلیت ماشینکاری است. آن را می‌توان در بسیاری از برنامه‌هایی مانند قطعات خودرو، قطعات دریایی، قطعات هواپیما و قطعات ساختمانی استفاده کرد.

۹. آلیاژ ۴۷۷۴ آلومینیوم:

این آلیاژ دارای خاصیت سازگاری خوب با عملیات حرارتی و خواص مکانیکی بالا است. بنابراین، برای برنامه‌هایی که نیاز به مقاومت حرارتی، مقاومت مکانیکی و خاصیت منحصر به فردی مانند بخاری‌های صنعتی، ماشین‌های حفاری و قطعات موتور مناسب است.

۱۰. آلیاژ ۷۰۱۰ آلومینیوم:

این آلیاژ دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی است. به همین دلیل، برای قطعاتی که در شرایط سخت و محیط‌های آزاد قرار می‌گیرند، مانند قطعات خودرو، تجهیزات دریایی و قطعات هواپیما مناسب است.

به طور کلی، انتخاب آلیاژ مناسب برای آلومینیوم بستگی به نیاز‌ها و محدودیت‌های برنامه خاص شما دارد. برای استفاده‌های صنعتی و برنامه‌های خاص، بهتر است با متخصصان مواد و مهندسان مشورت کنید تا بهترین آلیاژ برای نیاز‌های شما را انتخاب کنید.

جمع‌بندی:

اگرچه اکسیداسیون در اکثر موارد نابودکننده است، اما برای برخی از فلزات، می‌تواند تقویت‌کننده و مفید باشد. آلومینیوم یکی از این فلزات است که با اکسید شدن لایه‌ی رویی آن، لایه‌های زیرین را از آسیب دیدن محافظت می‌کند. به همین دلیل، برای کنترل کردن اکسیداسیون آلومینیوم، از فرایندی به نام آنودایز استفاده می‌شود. می‌توان گفت که آنودایز فرایندی ضروری و پرکاربرد است و عدم وجود آن می‌تواند مشکلات زیادی را به همراه داشته باشد.